JP3630902B2

JP3630902B2 - Optical pickup device and optical recording medium driving device using the same

Info

Publication number: JP3630902B2
Application number: JP03959497A
Authority: JP
Inventors: 和思森; 泰明井上; 敦志田尻; 壮謙後藤; 稔澤田; 晃茨木
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-02-24
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 2005-03-23
Anticipated expiration: 2017-02-24
Also published as: JPH10241187A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ピックアップ装置およびそれを用いた光学記録媒体駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ディスクドライブ装置等の光学記録媒体駆動装置に用いられる光ピックアップ装置は、レーザ光を用いて光ディスク等の光学記録媒体への情報記録および情報読み出しあるいはサーボ信号検出を行う。
【０００３】
近年、光ピックアップ装置の小型化、軽量化および低価格化の要求に伴って、回折格子の一種である透過型ホログラム素子を用いた光ピックアップ装置の研究および開発が行われている。
【０００４】
図９は特開平３−７６０３５号公報に開示された透過型ホログラム素子を有する光ピックアップ装置の概略図である。この光ピックアップ装置は非点収差法によるフォーカスサーボおよび３ビーム法によるトラッキングサーボを行う。
【０００５】
図９において、光ディスク１０１の半径方向（ラジアル方向）をＸ方向とし、光ディスク１０１のトラック方向をＹ方向とし、光ディスク１０１のディスク面に垂直な方向をＺ方向とする。
【０００６】
半導体レーザ素子１０２はレーザ光（光束）をＺ方向に出射する。半導体レーザ素子１０２から出射された光束は、３分割用回折格子１０３によりほぼＹ方向およびＺ方向を含む面内で０次回折光束（主光束）、＋１次回折光束（副光束）および−１次光束（副光束）の３本の光束に分割され、透過型ホログラム素子１０４を透過する。
【０００７】
透過型ホログラム素子１０４を透過した３本の光束は、集光レンズ１０５により光ディスク１０１上に主スポットおよびその両側に位置する副スポットとして集光される。この集光レンズ１０５は、トラッキング動作のためにＸ方向に移動可能かつフォーカス動作のためにＺ方向に移動可能に支持されている。
【０００８】
光ディスク１０１からの３本の帰還光束（反射光束）は、透過型ホログラム素子１０４によりほぼＸ方向およびＺ方向を含む面内で回折され、光検出器１０６により検出される。透過型ホログラム素子１０４は、図１０に示すように、非対称なパターンのホログラム面１４０を有し、光ディスク１０１からの３本の帰還光束にそれぞれ非点収差を与える。
【０００９】
図１１は光ディスク１０１上に形成される主スポットおよび副スポットを示す図である。図１１に示すように、主スポットＭ０は再生すべきトラックＴＲを走査し、副スポットＳ１，Ｓ２は主スポットＭ０の両側をトラックＴＲに僅かにかかって走査するように、光ピックアップ装置の光学系が調整される。
【００１０】
図１２は光検出器１０６の一例を示す模式的平面図である。この光検出器１０６は、非点収差法を用いたフォーカスサーボを行うために中心部に設けられた４分割光検出部１６０と、３ビーム法によるトラッキングサーボを行うために４分割光検出部１６０の両側に設けられた光検出部Ｅ，Ｆとを含む。４分割光検出部１６０の中心部には、上記主スポットＭ０に対応する帰還光束（主光束）が入射し、光検出部Ｅ，Ｆにはそれぞれ副スポットＳ１，Ｓ２に対応する帰還光束（副光束）が入射する。
【００１１】
光ディスク１０１のＺ方向の位置が変化すると、帰還光束の焦点が変わり、光検出器１０６の４分割光検出部１６０上での集光スポット形状が図１３に示すように変化する。集光レンズ１０５に対して光ディスク１０１が近すぎる場合には、図１３（ａ）に示すように、集光スポットＳは光検出部Ｂと光検出部Ｄの中心を結ぶ方向が長軸方向となる楕円形になる。光ディスク１０１が集光レンズ１０５の合焦点（フォーカス）位置にある場合には、図１３（ｂ）に示すように、集光スポットＳは光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの中心で円形となる。光ディスク１０１が集光レンズ１０５に対して遠すぎる場合には、図１３（ｃ）に示すように、集光スポットＳは光検出部Ａと光検出部Ｃの中心を結ぶ方向が長軸方向となる楕円形になる。
【００１２】
したがって、４分割光検出部１６０の各光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの出力信号ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤを用いて次式のフォーカスエラー信号ＦＥＳが得られる。
【００１３】
ＦＥＳ＝（ＰＡ＋ＰＣ）−（ＰＢ＋ＰＤ）
上式のフォーカスエラー信号ＦＥＳは、光ディスク１０１が近すぎる場合に負となり、良好なフォーカス状態の場合に０となり、光ディスク１０１が遠すぎる場合に正となる。
【００１４】
また、主スポットＭ０が光ディスク１０１の再生すべきトラックＴＲに良好にトラッキングしている場合には、光検出部Ｅ，Ｆに入射する２つの副光束の強度が等しく、主スポットＭ０が再生すべきトラックＴＲのどちらか側にずれている場合には、副光束の一方の強度が大きくなる。したがって、光検出部Ｅ，Ｆの出力信号ＰＥ，ＰＦを用いて次式のトラッキングエラー信号ＴＥＳが得られる。
【００１５】
ＴＥＳ＝ＰＥ−ＰＦ
図１４は光ディスク１０１のＺ方向の位置によるフォーカスエラー信号ＦＥＳの変化を示す図である。図１４のフォーカスエラー信号ＦＥＳの変化はＳカーブ特性と呼ばれる。非点収差法によると、演算に無駄が無く、Ｓカーブ特性の振幅を大きくすることができ、理想的なＳ形状が得られる等の利点が得られる。したがって、非点収差法は、実用化されている光ピックアップ装置において最も広く採用されている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体レーザ素子１０２では、周囲温度に依存して発振波長の変動が生じる。この発振波長の変動により透過型ホログラム素子１０４での帰還光束の回折角度が変化する。
【００１７】
例えば、光ディスク１０１が集光レンズ１０５から近すぎる場合に、半導体レーザ素子１０２の発振波長が長くなると、図１５に示すように、４分割光検出部１６０上の集光スポットＳが実線で示すように回折方向と同じ方向（Ｘ方向）に移動する。その結果、光検出部Ａの出力信号ＰＡが大きくなり、フォーカスエラー信号ＦＥＳの値が小さくなる。これにより、図１６に実線で示すように、Ｓカーブ特性の振幅が小さくなり、フォーカス状態の検出精度が低下する。
【００１８】
本発明の目的は、光源の波長変動により帰還光束の回折角度が変化した場合でも光学記録媒体でのフォーカス状態を正確に検出することができる光ピックアップ装置およびそれを用いた光学記録媒体駆動装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る光ピックアップ装置は、光束を出射する光源と、光源から出射された光束に基づく帰還光束を回折する回折素子と、回折素子により回折された帰還光束を検出する光検出器とを備え、回折素子は、互いに直交する分割線で分割された４つの領域を有し、光検出器は、回折素子により回折された帰還光束の集光スポットが光源の波長変動により移動する方向にほぼ平行な第１の分割線と第１の分割線に直交する第２の分割線とで分割された４つの光検出部を有し、回折素子の一方の対角線位置の２つの領域で回折された帰還光束は、光検出器の第１および第２の分割線の交点を中心として第２の分割線上の互いに反対側の隣接する位置にそれぞれ集光スポットを形成し、回折素子の他方の対角線位置の２つの領域で回折された帰還光束は、光検出器の第１および第２の分割線の交点を中心として第１の分割線上の互いに反対側の離れた位置にそれぞれ集光スポットを形成するものである。
【００２０】
本発明に係る光ピックアップ装置においては、回折素子の一方の対角線位置の２つの領域で回折された帰還光束による集光スポットが、光検出器の第１および第２の分割線の交点を中心として第２の分割線上の互いに反対側の隣接する位置にそれぞれ形成され、回折素子の他方の対角線位置の２つの領域で回折された帰還光束による集光スポットが、光検出器の第１および第２の分割線の交点を中心として第１の分割線上の互いに反対側の離れた位置にそれぞれ形成される。
【００２１】
光源の波長変動により帰還光束の回折角度が変化すると、光検出器上で集光スポットが第１の分割線に沿って移動する。この場合、回折素子の一方の対角線位置の２つの領域からの帰還光束による集光スポットは、第２の分割線上から両側の光検出部のいずれかの側に移動する。しかし、他方の対角線位置の２つの領域からの帰還光束による集光スポットは、移動前に第１および第２の分割線の交点から互いに離れた第２の分割線上に形成されるので、第１の分割線に沿って移動しても第２の分割線を越えない。
【００２２】
そのため、集光スポットの移動による各光検出部の出力信号の変化が半分以下に低く抑えられる。したがって、光源の波長変動時にも光学記録媒体でのフォーカス状態を正確に検出することができる。
【００２３】
しかも、従来例と同様に、Ｓカーブ特性の振幅を大きくすることができ、また、合焦点時における４つの光検出部の出力が均等になるので、調整が容易である。
【００２４】
特に、回折素子の一方の対角線位置の２つの領域および他方の対角線位置の２つの領域は、４つの光検出部の出力の演算により光学記録媒体上のフォーカス状態の検出が可能となるようにフォーカス状態に対応した空間変動をそれぞれ各光束に与えてもよい。
【００２５】
この場合、回折素子の一方の対角線位置の２つの領域で回折された帰還光束にフォーカス状態に対応した空間変動が与えられて光検出器の第２の分割線の両側の光検出部で受光され、かつ他方の対角線位置の２つの領域で回折された帰還光束にフォーカス状態に対応した空間変動が与えられて光検出器の第１の分割線の両側の光検出部で受光される。
【００２６】
それにより、光検出器の一方の対角線位置の２つの光検出部の出力信号と他方の対角線位置の２つの光検出部の出力信号とを比較することにより、光学記録媒体でのフォーカス状態を検出することができる。
【００２７】
また、フォーカス状態に対応した空間変動は、非点収差であってもよい。この場合には、光学記録媒体でのフォーカス状態が合焦点状態から外れると、光検出器上での集光スポットの形状が偏平に変化し、光検出器の各光検出部の出力信号が変化する。したがって、光検出器の一方の対角線位置の２つの光検出部の出力信号の合計と他方の対角線位置の２つの光検出部の出力信号の合計とを比較することにより、光学記録媒体でのフォーカス状態を検出することができる。
【００２８】
非点収差は、光検出器の第１および第２の分割線に対してほぼ４５度の方向に与えられてもよい。この場合、光学記録媒体でのフォーカス状態が合焦点状態から外れると、光検出器上での集光スポットの形状が第１および第２の分割線に対してほぼ４５度の角度をなす長軸を有する楕円形状となる。
【００２９】
回折素子の４つの領域は当該回折素子の分割線の交点を共通の原点として形成され、回折素子の一方の対角線位置の２つの領域は、光検出器の第１および第２の分割線の交点を基準に設定されたホログラムパターンを有し、回折素子の他方の対角線位置の２つの領域は、光検出器の第１および第２の分割線の交点から互いに離れた第１の分割線上の２点を基準にそれぞれ設定されたホログラムパターンを有してもよい。
【００３０】
特に、回折素子の一方の対角線位置の２つの領域は回折素子により回折された帰還光束の集光スポットが光源の波長変動により移動する方向にほぼ平行な方向に沿って配置され、回折素子の他方の対角線位置の２つの領域は回折素子により回折された帰還光束の集光スポットが光源の波長変動により移動する方向にほぼ直交する方向に配置されてもよい。
【００３１】
回折素子の分割線は光検出器の第１および第２の分割線に対してほぼ４５度の角度をなしてもよい。
【００３２】
光源は楕円形状の遠視野像を有する光束を出射し、帰還光束は、回折素子に楕円形状の光スポットを形成し、楕円形状の光スポットの短軸が一方の対角線位置の２つの領域に延びかつ長軸が他方の対角線位置の２つの領域に延びるように光源と回折素子との位置関係が設定されてもよい。
【００３３】
この場合、回折素子の一方の対角線位置の２つの領域に入射する帰還光束の面積が他方の対角線位置の２つの領域に入射する帰還光束の面積よりも小さくなる。それにより、光検出器の第２の分割線上に形成される集光スポットの光強度が光検出器の第１の分割線上に形成される集光スポットの光強度よりも低くなる。
【００３４】
したがって、光源の波長変動により光検出器上での集光スポットが第１の分割線に沿って移動した場合に、光検出器の各光検出部の出力信号の変化が小さくなる。この結果、光源の波長変動時にも光学記録媒体でのフォーカス状態をさらに正確に検出することができる。
【００３５】
第２の発明に係る光学記録媒体駆動装置は、光学記録媒体を回転させる回転駆動部と、光学記録媒体に光束を照射する第１の発明に係る光ピックアップ装置と、光ピックアップ装置を光学記録媒体の半径方向に移動させるピックアップ駆動部と、光ピックアップ装置の光検出器からの出力信号を処理する信号処理部とを備えたものである。
【００３６】
本発明に係る光学記録媒体駆動装置においては、第１の発明に係る光ピックアップ装置を用いているので、光源の波長変動時にも光学記録媒体でのフォーカス状態を正確に検出することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例における光ピックアップ装置の概略図である。図１の光ピックアップ装置１００は、非点収差法によるフォーカスサーボおよび３ビーム法によるトラッキングサーボを行う。
【００３８】
図１において、ＣＤ（コンパクトディスク）等の反射型光ディスク１の半径方向（ラジアル方向）をＸ方向とし、光ディスク１のトラック方向をＹ方向とし、光ディスク１のディスク面に垂直な方向をＺ方向とする。
【００３９】
光ピックアップ装置１００は、投受光ユニット１０および集光レンズ５を備える。投受光ユニット１０は、半導体レーザ素子２、透過型の３分割用回折格子３、透過型ホログラム素子４および光検出器６からなる。
【００４０】
基台７上にブロック８が設けられ、ブロック８の側面にヒートシンク９が取り付けられている。半導体レーザ素子２はヒートシンク９の表面端に取り付けられている。３分割用回折格子３は光学ガラスまたは光学樹脂等からなり、ホルダ７１内にスペーサ７２を介して配設されている。また、透過型ホログラム素子４は、ホルダ７１の上面の開口部に配置されている。
【００４１】
半導体レーザ素子２はレーザ光（光束）をＺ方向に出射する。３分割用回折格子３は、半導体レーザ素子２から出射された光束をほぼＹ方向およびＺ方向を含む面内で０次回折光（主光束）、＋１次回折光束（副光束）および−１次回折光束（副光束）からなる３本の光束に分割し、透過型ホログラム素子４を透過させる。なお、図中、上記３本の光束は１本の光束として表される。
【００４２】
集光レンズ５は、トラッキングサーボのために光ディスク１の半径方向（Ｘ方向）に移動可能に支持され、かつフォーカスサーボのために上下方向（Ｚ方向）に移動可能に支持されている。この集光レンズ５は、透過型ホログラム素子４を０次で回折透過した主光束および２本の副光束を光ディスク１に上にそれぞれ主スポットＭ０およびその両側に位置する副スポットＳ１，Ｓ２として集光させる。
【００４３】
透過型ホログラム素子４は、４分割ホログラム面４０を有し、光ディスク１からの３本の帰還光束（反射光束）をそれぞれ４分割するとともに、ほぼＸ方向およびＺ方向を含む面内で１次回折させて光検出器６に入射させる。このとき、透過型ホログラム素子４は、光ディスク１からの３本の帰還光束に非点収差をそれぞれ与える。
【００４４】
本実施例では、光ディスク１が光学記録媒体に相当し、半導体レーザ素子２が光源に相当し、透過型ホログラム素子４が回折素子に相当する。
【００４５】
図２は図１の光ピックアップ装置１００における透過型ホログラム素子４および光検出器６の平面図である。
【００４６】
透過型ホログラム素子４の４分割ホログラム面４０は、互いに直交する仮想の分割線４Ｌ，４Ｍにより等面積の４つの領域Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ，Ｈｄに分割されている。分割線４Ｌ，４Ｍは光ディスク１の半径方向（Ｘ方向）に対してほぼ４５度の角度をなしている。
【００４７】
光検出器６の構成は図１２に示した光検出器１０６の構成と同様である。すなち、光検出器６は、非点収差法を用いたフォーカスサーボを行うために中心部に設けられた４分割光検出部６０と、３ビーム法によるトラッキングサーボを行うために４分割光検出部６０の両側に設けられた光検出部Ｅ，Ｆとを含む。４分割光検出部６０は互いに直交する分割線ＬＸ，ＬＹで等面積の４つの光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに分割されている。分割線ＬＸは光ディスク１の半径方向（Ｘ方向）にほぼ平行に配置され、分割線ＬＹは光ディスク１のトラック方向（Ｙ方向）にほぼ平行に配置されている。
【００４８】
透過型ホログラム素子４の一方の対角線位置の２つの領域Ｈｂ，Ｈｄのホログラムパターンは、光検出器６の４分割光検出部６０の中心点（分割線ＬＸ，ＬＹの交点）Ｃ０を基準として設計されている。また、透過型ホログラム素子４の他方の対角線位置の２つの領域Ｈａ，Ｈｃのホログラムパターンは、４分割光検出部６０の分割線ＬＸ上の点Ｃ１，Ｃ２を基準としてそれぞれ設計されている。点Ｃ１，Ｃ２は中心点Ｃ０から所定の距離だけ離れた位置にある。また、４つの領域Ｈａ，Ｈｃ，Ｈｂ，Ｈｄのホログラムパターンの作製上の原点は、共通に分割線４Ｌ，４Ｍの交点（円の中心）である。
【００４９】
４分割ホログラム面４０の領域Ｈａ，Ｈｃで回折された主光束は、４分割光検出部６０の分割線ＬＸ上の点Ｃ１，Ｃ２を基準として互いに反対側の位置にそれぞれ集光スポットＳａ，Ｓｃとして集光される。一方、４分割ホログラム面４０の領域Ｈｂ，Ｈｄで回折された主光束は、４分割光検出部６０の中心点Ｃ０を基準として互いに反対側の位置にそれぞれ集光スポットＳｂ，Ｓｄとして集光される。
【００５０】
同様に、４分割ホログラム面４０の領域Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ，Ｈｄで分割された一方の副光束は、光検出部Ｅ上に集光スポットＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄとしてそれぞれ集光され、領域Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ，Ｈｄで回折された他方の副光束は、光検出部Ｆ上に集光スポットＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ，Ｒｄとしてそれぞれ集光される。
【００５１】
このように、集光スポットが４分割され、Ｘ方向に沿って配置された２つの集光スポットＳａ，Ｓｃが互いに逆方向にずれた位置に配置される。なお、点Ｃ１，Ｃ２は、半導体レーザ素子２の発振波長の変動により集光スポットＳａ，Ｓｃが分割線ＬＹを越えないように中心点Ｃ０から離れた位置に設定される。
【００５２】
図３は４分割検出部６０上での主光束の集光状態を示す模式的平面図である。光ディスク１が集光レンズ５に接近してフォーカスエラー状態になった場合には、図３（ａ）に示すように、集光スポットＳｂ，Ｓｄが中心点Ｃ０からそれぞれ光検出部Ｂ，Ｄ内に延びた形状となり、集光スポットＳａが分割線ＬＸ上の点Ｃ１から光検出部Ｂ内に延びた形状となり、集光スポットＳｃが分割線ＬＸ上の点Ｃ２から光検出部Ｄ内に延びた形状となる。
【００５３】
また、光ディスク１で主光束がフォーカスした場合（合焦点時）には、図３（ｂ）に示すように、集光スポットＳａが分割線ＬＸ上の点Ｃ１を中心として光検出部Ａ，Ｂ間にまたがった１／４円となり、集光スポットＳｃが分割線ＬＸ上の点Ｃ２を中心として光検出部Ｃ，Ｄ間にまたがった１／４円となり、集光スポットＳｂが中心点Ｃ０を中心として光検出部Ｂ，Ｃ間にまたがった１／４円となり、集光スポットＳｄが中心点Ｃ０を中心として光検出部Ａ，Ｄ間にまたがった１／４円となる。
【００５４】
さらに、光ディスク１が集光レンズ５から離れてフォーカスエラー状態になった場合には、図３（ｃ）に示すように、集光スポットＳｂ，Ｓｄが中心点Ｃ０からそれぞれ光検出部Ｃ，Ａ内に延びた形状となり、集光スポットＳａが分割線ＬＸ上の点Ｃ１から光検出部Ａ内に延びた形状となり、集光スポットＳｃが分割線ＬＸ上の点Ｃ２から光検出部Ｃ内に延びた形状となる。
【００５５】
このように、集光スポットＳｂ，Ｓｄは、図１０に示した従来のホログラム面１４０を用いた場合と全く同様に変化し、集光スポットＳａは、見かけ上、光検出部Ａ，Ｂを移動するように変化し、光スポットＳｃは、見かけ上、光検出部Ｃ，Ｄ間を移動するように変化する。
【００５６】
フォーカスエラー信号ＦＥＳは、図１２の４分割光検出部１６０を用いた場合と同様に、各光検出部Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの出力信号ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤを用いて次式のように求められる。
【００５７】
ＦＥＳ＝（ＰＡ＋ＰＣ）−（ＰＢ＋ＰＤ）
上式のフォーカスエラー信号ＦＥＳは、光ディスク１が近過ぎる場合には負となり、良好なフォーカス状態の場合に０となり、光ディスク１が遠過ぎる場合には正となる。
【００５８】
図４は半導体レーザ素子２の発振波長の変動による４分割光検出部６０上での集光スポットの移動を示す模式的平面図である。図４には、光ディスク１が集光レンズ５に近い場合の集光スポットが示される。
【００５９】
半導体レーザ素子２の発振波長が変動すると、透過型ホログラム素子４での帰還光束の回折角度が変化する。それにより、４分割光検出部６０上で集光スポットＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄは分割線ＬＸに沿ってＸ方向に移動する。例えば、半導体レーザ素子２の発振波長が長くなると、集光スポットＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄは点線で示す位置から実線で示す位置に移動する。
【００６０】
このとき、集光スポットＳａ，Ｓｃはそれぞれ光検出部Ｂ，Ｄ内で移動するので、出力信号ＰＡ，ＰＣに影響を与えない。一方、集光スポットＳｂ，Ｓｄの一方は、分割線ＬＹの両側の２つの光検出部にまたがって移動するので、出力信号ＰＢ，ＰＤに影響を与える。
【００６１】
この場合、集光スポットＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄの移動がフォーカスエラー信号ＦＥＳに与える影響は、図１５に示した場合の半分以下となる。特に、半導体レーザ素子２から出射されるレーザ光の遠視野像（ビーム断面強度分布）スポット）と４分割ホログラム４０面との光学的位置関係を以下のように設定することにより、半導体レーザ素子２の発振波長の変動がフォーカスエラー信号ＦＥＳに与える影響をさらに小さくすることが可能となる。
【００６２】
図５は図１の光ピックアップ装置１００における半導体レーザ素子２の上面図である。また、図６は４分割ホログラム面４０上の光スポットおよび４分割光検出部６０上の集光スポットの関係を示す模式的平面図である。
【００６３】
図５に示すように、半導体レーザ素子２は、主としてクラッド層２１、活性層２２およびクラッド層２３を含む。通常、半導体レーザ素子２の活性層２２から出射されるレーザ光の垂直方向（活性層２２に垂直な方向）の広がり角は水平方向（活性層２２に平行な方向）の広がり角よりも大きい。したがって、レーザ光の遠視野像２０は長軸が活性層２２に垂直となる楕円形状になる。
【００６４】
本実施例の光ピックアップ装置１００においては、半導体レーザ素子２の活性層２２がＹ方向に垂直となるようにヒートシンク９の側面に取り付けられている。したがって、レーザ光の遠視野像２０はＹ方向に平行な長軸およびＸ方向に平行な短軸を有する楕円形状となる。
【００６５】
この場合、図６に示すように、４分割ホログラム面４０に形成される帰還光束の光スポットＳＰは、領域Ｈａ，Ｈｃに延びる長軸および領域Ｈｂ，Ｈｄに延びる短軸を有する楕円形状となる。これにより、領域Ｈａ，Ｈｃに入射する帰還光束の光量が領域Ｈｂ，Ｈｄに入射する帰還光束の光量よりも大きくなる。
【００６６】
したがって、４分割光検出部６０上に形成される集光スポットＳａ，Ｓｃの光強度が集光スポットＳｂ，Ｓｄの光強度よりも大きくなる。その結果、集光スポットＳｂ，Ｓｄがフォーカスエラー信号ＦＥＳに与える影響が集光スポットＳａ，Ｓｃに比べて小さくなり、半導体レーザ素子２の発振波長の変動がフォーカスエラー信号ＦＥＳに与える影響がかなり小さくなる。
【００６７】
図７は本実施例の光ピックアップ装置１００における半導体レーザ素子２の発振波長の変動時によるＳカーブ特性の変化を示す図である。
【００６８】
図７において、破線Ｌ１は光学調整時（初期）のＳカーブ特性を示し、実線Ｌ２は発振波長の変動時のＳカーブ特性を示す。図７に示すように、半導体レーザ素子２の発振波長が変動しても、Ｓカーブ特性の振幅の低下が小さくなっている。
【００６９】
表１に従来の透過型ホログラム素子１０４および本実施例の透過型ホログラム素子４を用いた場合のＳカーブ特性の振幅のシミュレーション結果を示す。このシミュレーションでは、レーザ光の発振波長７８５ｎｍを設計値とした。
【００７０】
【表１】

【００７１】
表１では、従来の透過型ホログラム素子１０４を用いた場合および本実施例の透過型ホログラム素子４を用いた場合の設計値におけるＳカーブ特性の振幅を１．０とし，波長７９０ｎｍおよび７９５ｎｍにおけるＳカーブ特性の振幅を設計値の振幅で規格化している。
【００７２】
本実施例の透過型ホログラム素子４では、図６に示したように半導体レーザ素子２の遠視野像の方向を最適化した場合および最適化の方向よりも９０°異なる場合を示している。
【００７３】
表１からわかるように、従来の透過型ホログラム素子１０４を用いた場合には、環境温度の変化によりレーザ光の発振波長が設計値から１０ｎｍずれると、Ｓカーブ特性の振幅が１０分の１に低下する。これに対して、本実施例の透過型ホログラム素子４を用いた場合には、レーザ光の遠視野像を最適化しない場合でも、Ｓカーブ特性の振幅は半分程度までしか低下せず、レーザ光の遠視野像の方向を最適化した場合には、発振波長が１０ｎｍ変動しても、Ｓカーブ特性の振幅は２０％しか低下していない。
【００７４】
図８は上記実施例の光ピックアップ装置１００を用いた光学記録媒体駆動装置２００の構成を示すブロック図である。図８の光学記録媒体駆動装置２００は光ディスク１から情報を読み取る光ディスクドライブ装置である。
【００７５】
光学記録媒体駆動装置２００は、光ピックアップ装置１００、モータ１１、送りモータ１２、回転制御系１３、信号処理系１４、ピックアップ制御系１５、送りモータ１６およびドライブコントローラ１７を含む。
【００７６】
モータ１１は、光ディスク１を所定の速度で回転させる。回転制御系１３は、モータ１１の回転動作を制御する。送りモータ１２は、光ピックアップ装置１００を光ディスク１の半径方向に移動させる。送りモータ制御系１６は、送りモータ１２の動作を制御する。光ピックアップ装置１００は、光ディスク１にレーザ光を照射するとともに光ディスク１からの帰還光束を受光する。ピックアップ制御系１５は、光ピックアップ装置１００の投受光動作を制御する。
【００７７】
信号処理系１４は、光ピックアップ装置１００の光検出器６からの出力信号を受け、再生信号、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号を算出し、再生信号をドライブコントローラ１７に与え、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号をピックアップ制御系１５に与える。ドライブコントローラ１７は、ドライブインタフェース１８を介して与えられる指令に従って回転制御系１３、信号処理系１４、ピックアップ制御系１５および送りモータ制御系１６を制御するとともに、ドライブインタフェース１８を介して再生信号を出力する。
【００７８】
本実施例では、モータ１１および回転制御系１３が回転駆動部に相当し、送りモータ１２および送りモータ制御系１６がピックアップ駆動部に相当し、信号処理系１４が信号処理部に相当する。
【００７９】
図８の光学記録媒体駆動装置２００においては、上記実施例の光ピックアップ装置１００が用いられているので、レーザ光の波長変動時にも正確なフォーカスエラー信号が得られる。それにより、フォーカスサーボが高精度に行われ、高品質の再生信号が得られる。
【００８０】
上記実施例では、回折素子として透過型ホログラム素子４を用いているが、反射型のホログラム素子等の反射型回折素子を用いてもよい。
【００８１】
上記実施例では、透過型の３分割用回折格子３を用いているが、本発明は、反射型の３分割用回折格子を用いた光ピックアップ装置にも同様に適用することができる。また、光源と光学記録媒体との間にミラー等の反射部材を介在させて光路を屈折させることもできる。
【００８２】
さらに、３分割用回折格子３と透過型ホログラム素子４とを一体にした光学素子を用いてもよい。また、トラッキングサーボの方法として上記の３ビーム法以外の方法を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における光ピックアップ装置の概略図である。
【図２】図１の光ピックアップ装置における透過型ホログラム素子および光検出器の平面図である。
【図３】４分割光検出部上での主光束の集光状態を示す模式的平面図である。
【図４】半導体レーザ素子の発振波長の変動による４分割光検出部上での集光スポットの移動を示す模式的平面図である。
【図５】図１の光ピックアップ装置における半導体レーザ素子の上面図である。
【図６】レーザ光の遠視野像の方向が最適化された場合の４分割ホログラム面上の光スポットおよび４分割光検出部上の集光スポットを示す模式的平面図である。
【図７】光学調整時および波長変動時のＳカーブ特性を示す図である。
【図８】図１の光ピックアップ装置を用いた光学記録媒体駆動装置の構成を示すブロック図である。
【図９】透過型ホログラム素子を有する従来の光ピックアップ装置の概略図である。
【図１０】従来の光ピックアップ装置に用いられる透過型ホログラム素子のホログラム面の平面図である。
【図１１】光ディスク上に形成される主スポットおよび副スポットを示す図である。
【図１２】光検出器の一例を示す模式的平面図である。
【図１３】従来の光ピックアップ装置における光検出器上での集光状態を示す模式的平面図である。
【図１４】光ピックアップ装置におけるＳカーブ特性を示す図である。
【図１５】半導体レーザ素子の発振波長の変動による４分割光検出部上での集光スポットの移動を示す図である。
【図１６】半導体レーザ素子の発振波長の変動によるＳカーブ特性の変化を示す図である。
【符号の説明】
１光ディスク
２半導体レーザ素子
３３分割用回折格子
４透過型ホログラム素子
５集光レンズ
４０４分割ホログラム面
Ｈａ，Ｈｂ，Ｈｃ，Ｈｄ領域
４Ｌ，４Ｍ分割線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical pickup device and an optical recording medium driving device using the same.
[0002]
[Prior art]
An optical pickup device used in an optical recording medium driving apparatus such as an optical disk drive apparatus performs information recording and information reading on an optical recording medium such as an optical disk or servo signal detection using a laser beam.
[0003]
In recent years, research and development of an optical pickup device using a transmission hologram element, which is a kind of diffraction grating, have been performed in accordance with demands for downsizing, weight reduction, and cost reduction of the optical pickup device.
[0004]
FIG. 9 is a schematic view of an optical pickup device having a transmission hologram element disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-76035. This optical pickup device performs focus servo by the astigmatism method and tracking servo by the three beam method.
[0005]
In FIG. 9, the radial direction (radial direction) of the optical disc 101 is the X direction, the track direction of the optical disc 101 is the Y direction, and the direction perpendicular to the disc surface of the optical disc 101 is the Z direction.
[0006]
The semiconductor laser element 102 emits laser light (light beam) in the Z direction. The light beam emitted from the semiconductor laser element 102 is substantially divided into a zero-order diffracted light beam (main light beam), a + 1st-order diffracted light beam (sub-light beam), and a −1st order in a plane including the Y direction and the Z direction by the three-divided diffraction grating 103. The light beam is divided into three light beams (sub-light beams) and transmitted through the transmission hologram element 104.
[0007]
The three light beams transmitted through the transmissive hologram element 104 are condensed by the condenser lens 105 on the optical disc 101 as a main spot and sub-spots positioned on both sides thereof. The condenser lens 105 is supported so as to be movable in the X direction for tracking operation and movable in the Z direction for focusing operation.
[0008]
Three return light beams (reflected light beams) from the optical disk 101 are diffracted by the transmission hologram element 104 in a plane substantially including the X direction and the Z direction, and detected by the photodetector 106. As shown in FIG. 10, the transmission hologram element 104 has a hologram surface 140 with an asymmetric pattern, and gives astigmatism to the three return light beams from the optical disc 101, respectively.
[0009]
FIG. 11 is a diagram showing main spots and sub-spots formed on the optical disc 101. As shown in FIG. 11, the optical system of the optical pick-up apparatus is such that the main spot M0 scans the track TR to be reproduced and the sub-spots S1 and S2 scan the both sides of the main spot M0 slightly over the track TR. Is adjusted.
[0010]
FIG. 12 is a schematic plan view showing an example of the photodetector 106. The photodetector 106 includes a four-divided light detection unit 160 provided at the center for performing focus servo using the astigmatism method, and a four-divided light detection unit 160 for performing tracking servo using the three-beam method. And photodetecting parts E and F provided on both sides. A feedback light beam (main light beam) corresponding to the main spot M0 is incident on the center of the four-split light detection unit 160, and return light beams (sub light beams corresponding to the sub-spots S1 and S2 are respectively input to the light detection units E and F. Light flux) enters.
[0011]
When the position of the optical disk 101 in the Z direction changes, the focus of the feedback light beam changes, and the shape of the focused spot on the four-split light detector 160 of the photodetector 106 changes as shown in FIG. When the optical disk 101 is too close to the condensing lens 105, as shown in FIG. It becomes an oval shape. When the optical disc 101 is at the in-focus position of the condensing lens 105, the condensing spot S is circular at the center of the light detection units A, B, C, and D as shown in FIG. Become. When the optical disk 101 is too far from the condensing lens 105, as shown in FIG. It becomes an oval shape.
[0012]
Accordingly, a focus error signal FES of the following expression is obtained using the output signals PA, PB, PC, PD of the respective light detection units A, B, C, D of the 4-split light detection unit 160.
[0013]
FES = (PA + PC)-(PB + PD)
The above-mentioned focus error signal FES is negative when the optical disc 101 is too close, becomes 0 when the focus state is good, and becomes positive when the optical disc 101 is too far.
[0014]
When the main spot M0 is well tracked on the track TR to be reproduced on the optical disc 101, the intensities of the two sub-beams incident on the light detection units E and F are equal, and the main spot M0 should be reproduced. If the track TR is shifted to either side, the intensity of one of the sub-beams is increased. Therefore, a tracking error signal TES of the following equation is obtained using the output signals PE and PF of the light detection units E and F.
[0015]
TES = PE-PF
FIG. 14 is a diagram showing a change in the focus error signal FES depending on the position of the optical disc 101 in the Z direction. The change in the focus error signal FES in FIG. 14 is called the S curve characteristic. According to the astigmatism method, there is no waste in calculation, the amplitude of the S curve characteristic can be increased, and there are obtained advantages such as obtaining an ideal S shape. Therefore, the astigmatism method is most widely adopted in practical optical pickup devices.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, in the semiconductor laser element 102, the oscillation wavelength varies depending on the ambient temperature. Due to the fluctuation of the oscillation wavelength, the diffraction angle of the return light beam in the transmission hologram element 104 changes.
[0017]
For example, when the optical disc 101 is too close to the condensing lens 105 and the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 102 becomes long, the condensing spot S on the four-divided light detector 160 is indicated by a solid line as shown in FIG. Move in the same direction (X direction) as the diffraction direction. As a result, the output signal PA of the light detection unit A increases and the value of the focus error signal FES decreases. As a result, as indicated by a solid line in FIG. 16, the amplitude of the S curve characteristic is reduced, and the detection accuracy of the focus state is lowered.
[0018]
An object of the present invention is to provide an optical pickup device capable of accurately detecting a focus state on an optical recording medium even when the diffraction angle of a feedback light beam is changed due to a wavelength variation of a light source, and an optical recording medium driving device using the same. Is to provide.
[0019]
[Means for Solving the Problems and Effects of the Invention]
An optical pickup device according to a first aspect of the present invention includes a light source that emits a light beam, a diffraction element that diffracts a return light beam based on the light beam emitted from the light source, and a photodetector that detects the return light beam diffracted by the diffraction element; The diffractive element has four regions divided by dividing lines orthogonal to each other, and the photodetector is arranged in a direction in which the focused spot of the return light beam diffracted by the diffractive element moves due to the wavelength variation of the light source. It has four photodetectors divided by a substantially parallel first dividing line and a second dividing line orthogonal to the first dividing line, and is diffracted in two regions at one diagonal position of the diffraction element. The returned light fluxes form a condensing spot at an adjacent position on the opposite side of the second dividing line around the intersection of the first and second dividing lines of the photodetector, and the other diagonal line of the diffraction element Diffracted in two regions of position Kaehikaritaba is to form each focused spot on the opposite side of the distant positions from each other of the first dividing line around the intersection of the first and second dividing line of the photodetector.
[0020]
In the optical pickup device according to the present invention, the condensing spot by the feedback light beam diffracted in the two diagonal positions of the diffraction element is centered on the intersection of the first and second dividing lines of the photodetector. Condensed spots formed by the return light beams respectively formed at adjacent positions on the opposite side of the second dividing line and diffracted in two regions at the other diagonal position of the diffractive element are first and second of the photodetector. Are formed on the first dividing line at positions separated from each other on the intersection of the dividing lines.
[0021]
When the diffraction angle of the return light beam changes due to the wavelength variation of the light source, the focused spot moves along the first dividing line on the photodetector. In this case, the condensing spot by the feedback light flux from the two regions at one diagonal line position of the diffraction element moves from the second dividing line to either side of the light detection units on both sides. However, since the condensing spot by the return light flux from the two regions at the other diagonal position is formed on the second dividing line separated from the intersection of the first and second dividing lines before the movement, the first Even if it moves along the dividing line, the second dividing line is not exceeded.
[0022]
Therefore, the change in the output signal of each light detection unit due to the movement of the focused spot can be suppressed to less than half. Therefore, the focus state on the optical recording medium can be accurately detected even when the wavelength of the light source varies.
[0023]
In addition, as in the conventional example, the amplitude of the S-curve characteristic can be increased, and the outputs of the four light detection units at the time of focusing are equalized, so that adjustment is easy.
[0024]
In particular, the two regions at one diagonal position of the diffraction element and the two regions at the other diagonal position are focused so that the focus state on the optical recording medium can be detected by calculating the outputs of the four light detection units. A spatial variation corresponding to the state may be given to each light flux.
[0025]
In this case, a spatial variation corresponding to the focus state is given to the return light beam diffracted in the two regions at one diagonal position of the diffraction element, and light is received by the light detection units on both sides of the second dividing line of the photodetector. In addition, a spatial variation corresponding to the focus state is given to the return light beam diffracted in the two regions at the other diagonal position, and light is received by the light detection units on both sides of the first dividing line of the photodetector.
[0026]
As a result, the focus state on the optical recording medium is detected by comparing the output signals of the two photodetectors at one diagonal position of the photodetector with the output signals of the two photodetectors at the other diagonal position. can do.
[0027]
The spatial variation corresponding to the focus state may be astigmatism. In this case, when the focus state on the optical recording medium deviates from the in-focus state, the shape of the focused spot on the photodetector changes flatly, and the output signal of each photodetection section of the photodetector changes. To do. Therefore, by comparing the sum of the output signals of the two photodetectors at one diagonal position of the photodetector with the sum of the output signals of the two photodetectors at the other diagonal position, the focus on the optical recording medium The state can be detected.
[0028]
Astigmatism may be provided in a direction of approximately 45 degrees with respect to the first and second dividing lines of the photodetector. In this case, when the focus state on the optical recording medium deviates from the in-focus state, the long axis in which the shape of the focused spot on the photodetector forms an angle of approximately 45 degrees with respect to the first and second dividing lines. It becomes the ellipse shape which has.
[0029]
The four regions of the diffraction element are formed with the intersection of the dividing lines of the diffraction element as a common origin, and the two regions at one diagonal position of the diffraction element are the intersections of the first and second dividing lines of the photodetector. The two regions of the other diagonal position of the diffractive element are 2 on the first dividing line that is separated from the intersection of the first and second dividing lines of the photodetector. You may have the hologram pattern each set on the basis of the point.
[0030]
In particular, the two regions at one diagonal position of the diffractive element are arranged along a direction substantially parallel to the direction in which the converging spot of the return light beam diffracted by the diffractive element moves due to the wavelength variation of the light source. These two diagonal positions may be arranged in a direction substantially orthogonal to the direction in which the focused spot of the return light beam diffracted by the diffraction element moves due to the wavelength variation of the light source.
[0031]
The dividing line of the diffractive element may form an angle of approximately 45 degrees with respect to the first and second dividing lines of the photodetector.
[0032]
The light source emits a light beam having an elliptical far-field image, and the return light beam forms an elliptical light spot on the diffraction element, and the minor axis of the elliptical light spot extends to two regions on one diagonal position. The positional relationship between the light source and the diffractive element may be set so that the long axis extends to two regions of the other diagonal position.
[0033]
In this case, the area of the return beam incident on the two regions at one diagonal position of the diffraction element is smaller than the area of the return beam incident on the two regions at the other diagonal position. Thereby, the light intensity of the condensing spot formed on the second dividing line of the photodetector is lower than the light intensity of the condensing spot formed on the first dividing line of the photodetector.
[0034]
Therefore, when the condensing spot on the light detector moves along the first dividing line due to the wavelength variation of the light source, the change in the output signal of each light detection unit of the light detector becomes small. As a result, the focus state on the optical recording medium can be detected more accurately even when the wavelength of the light source varies.
[0035]
An optical recording medium driving device according to a second aspect of the present invention is a rotation driving unit that rotates the optical recording medium, the optical pickup device according to the first aspect of irradiating the optical recording medium with a light beam, and the optical pickup device as an optical recording medium. And a signal processing unit for processing an output signal from the photodetector of the optical pickup device.
[0036]
In the optical recording medium driving device according to the present invention, since the optical pickup device according to the first invention is used, the focus state on the optical recording medium can be accurately detected even when the wavelength of the light source varies.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view of an optical pickup device in one embodiment of the present invention. The optical pickup device 100 in FIG. 1 performs focus servo by the astigmatism method and tracking servo by the three beam method.
[0038]
In FIG. 1, the radial direction (radial direction) of a reflective optical disc 1 such as a CD (compact disc) is the X direction, the track direction of the optical disc 1 is the Y direction, and the direction perpendicular to the disc surface of the optical disc 1 is the Z direction. To do.
[0039]
The optical pickup device 100 includes a light projecting / receiving unit 10 and a condenser lens 5. The light projecting / receiving unit 10 includes a semiconductor laser element 2, a transmission type three-part diffraction grating 3, a transmission type hologram element 4, and a photodetector 6.
[0040]
A block 8 is provided on the base 7, and a heat sink 9 is attached to the side surface of the block 8. The semiconductor laser element 2 is attached to the surface end of the heat sink 9. The three-divided diffraction grating 3 is made of optical glass, optical resin, or the like, and is disposed in the holder 71 via a spacer 72. The transmission hologram element 4 is disposed in the opening on the upper surface of the holder 71.
[0041]
The semiconductor laser element 2 emits a laser beam (light beam) in the Z direction. The three-divided diffraction grating 3 converts the light beam emitted from the semiconductor laser element 2 into a 0th-order diffracted light beam (main light beam), a + 1st-order diffracted light beam (sub-light beam), and a −1st-order diffraction beam in a plane substantially including the Y direction and the Z direction. The light beam (sub-light beam) is divided into three light beams and transmitted through the transmission hologram element 4. In the figure, the three light beams are represented as one light beam.
[0042]
The condenser lens 5 is supported so as to be movable in the radial direction (X direction) of the optical disc 1 for tracking servo, and is supported so as to be movable in the vertical direction (Z direction) for focus servo. The condensing lens 5 collects a main light beam and two sub light beams diffracted and transmitted through the transmission hologram element 4 in the 0th order on the optical disk 1 as a main spot M0 and sub spots S1 and S2 located on both sides thereof. Light up.
[0043]
The transmission hologram element 4 has a four-divided hologram surface 40, which divides three return light beams (reflected light beams) from the optical disk 1 into four parts and performs first-order diffraction in a plane substantially including the X direction and the Z direction. The light is incident on the photodetector 6. At this time, the transmission hologram element 4 gives astigmatism to the three return light beams from the optical disk 1.
[0044]
In this embodiment, the optical disk 1 corresponds to an optical recording medium, the semiconductor laser element 2 corresponds to a light source, and the transmission hologram element 4 corresponds to a diffraction element.
[0045]
FIG. 2 is a plan view of the transmission hologram element 4 and the photodetector 6 in the optical pickup device 100 of FIG.
[0046]
The four-divided hologram surface 40 of the transmission hologram element 4 is divided into four equal areas Ha, Hb, Hc, Hd by

virtual dividing lines

4L, 4M orthogonal to each other. The

dividing lines

4L and 4M form an angle of approximately 45 degrees with respect to the radial direction (X direction) of the optical disc 1.
[0047]
The configuration of the photodetector 6 is the same as that of the photodetector 106 shown in FIG. That is, the photodetector 6 includes a four-divided light detection unit 60 provided at the center for performing focus servo using the astigmatism method, and a four-divided light for performing tracking servo using the three-beam method. The light detection parts E and F provided on both sides of the detection part 60 are included. The four-divided light detection unit 60 is divided into four light detection units A, B, C, and D having the same area by dividing lines LX and LY orthogonal to each other. The dividing line LX is arranged substantially parallel to the radial direction (X direction) of the optical disc 1, and the dividing line LY is arranged substantially parallel to the track direction (Y direction) of the optical disc 1.
[0048]
The hologram pattern of the two regions Hb, Hd at one diagonal position of the transmission hologram element 4 is designed with reference to the center point (intersection of the dividing lines LX, LY) C0 of the four-divided light detection unit 60 of the photodetector 6. Has been. In addition, the hologram patterns of the two regions Ha and Hc at the other diagonal position of the transmission hologram element 4 are designed based on the points C1 and C2 on the dividing line LX of the four-divided light detection unit 60, respectively. Points C1 and C2 are located at a predetermined distance from the center point C0. In addition, the origin in producing the hologram patterns of the four regions Ha, Hc, Hb, and Hd is the intersection (the center of the circle) of the

dividing lines

4L and 4M in common.
[0049]
The main light beams diffracted in the areas Ha and Hc of the four-divided hologram surface 40 are focused on the spots C1 and C2 on the dividing line LX of the four-divided light detection unit 60 at positions opposite to each other. It is condensed as. On the other hand, the main light beams diffracted by the regions Hb and Hd of the four-divided hologram surface 40 are condensed as condensing spots Sb and Sd at positions opposite to each other with respect to the center point C0 of the four-divided light detection unit 60, respectively. The
[0050]
Similarly, one sub-beam divided by the areas Ha, Hb, Hc, and Hd of the four-divided hologram surface 40 is condensed on the light detection unit E as the condensed spots Qa, Qb, Qc, and Qd, respectively. The other sub-beams diffracted by Ha, Hb, Hc, and Hd are condensed on the light detection unit F as the condensed spots Ra, Rb, Rc, and Rd, respectively.
[0051]
Thus, the condensing spot is divided into four, and the two condensing spots Sa and Sc arranged along the X direction are arranged at positions shifted in the opposite directions. The points C1 and C2 are set at positions away from the center point C0 so that the focused spots Sa and Sc do not exceed the dividing line LY due to fluctuations in the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 2.
[0052]
FIG. 3 is a schematic plan view showing a condensing state of the main light beam on the quadrant detection unit 60. When the optical disk 1 approaches the condensing lens 5 and enters a focus error state, as shown in FIG. 3A, the condensing spots Sb and Sd are respectively in the light detection units B and D from the center point C0. The condensing spot Sa has a shape extending from the point C1 on the dividing line LX into the light detecting portion B, and the condensing spot Sc extends from the point C2 on the dividing line LX into the light detecting portion D. Shape.
[0053]
When the main light beam is focused on the optical disc 1 (at the time of in-focus), as shown in FIG. 3B, the focused spot Sa is centered on the point C1 on the dividing line LX, and the light detection units A, B The condensing spot Sc becomes a ¼ circle straddling between the light detection portions C and D with the point C2 on the dividing line LX as the center, and the condensing spot Sb reaches the center point C0. The center is a quarter circle that spans between the light detection parts B and C, and the condensing spot Sd is a quarter circle that spans between the light detection parts A and D with the center point C0 as the center.
[0054]
Further, when the optical disk 1 is separated from the condenser lens 5 and is in a focus error state, as shown in FIG. 3C, the condensed spots Sb and Sd are respectively detected by the light detection units C and A from the center point C0. The condensing spot Sa has a shape extending from the point C1 on the dividing line LX into the light detecting unit A, and the condensing spot Sc is formed from the point C2 on the dividing line LX into the light detecting unit C. It becomes an extended shape.
[0055]
As described above, the condensing spots Sb and Sd change in exactly the same manner as when the conventional hologram surface 140 shown in FIG. 10 is used, and the condensing spot Sa apparently moves in the light detection parts A and B. The light spot Sc apparently changes so as to move between the light detection units C and D.
[0056]
The focus error signal FES is expressed by the following equation using the output signals PA, PB, PC, and PD of each of the light detection units A, B, C, and D, similarly to the case where the quadrant light detection unit 160 of FIG. Asking.
[0057]
FES = (PA + PC)-(PB + PD)
The above-described focus error signal FES is negative when the optical disc 1 is too close, becomes 0 when the focus state is good, and becomes positive when the optical disc 1 is too far.
[0058]
FIG. 4 is a schematic plan view showing the movement of the condensing spot on the four-divided light detector 60 due to the fluctuation of the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 2. FIG. 4 shows a condensing spot when the optical disc 1 is close to the condensing lens 5.
[0059]
When the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 2 fluctuates, the diffraction angle of the feedback light beam in the transmission hologram element 4 changes. Thereby, the condensing spots Sa, Sb, Sc, Sd move in the X direction along the dividing line LX on the four-divided light detection unit 60. For example, when the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 2 becomes longer, the focused spots Sa, Sb, Sc, Sd move from the position indicated by the dotted line to the position indicated by the solid line.
[0060]
At this time, since the condensing spots Sa and Sc move in the light detection parts B and D, respectively, the output signals PA and PC are not affected. On the other hand, one of the condensing spots Sb and Sd moves across the two photodetectors on both sides of the dividing line LY, and thus affects the output signals PB and PD.
[0061]
In this case, the influence of the movement of the focused spots Sa, Sb, Sc, Sd on the focus error signal FES is less than half that in the case shown in FIG. In particular, the semiconductor laser element 2 is set by setting the optical positional relationship between the far-field image (beam cross-sectional intensity distribution) spot of the laser light emitted from the semiconductor laser element 2 and the surface of the four-divided hologram 40 as follows. It is possible to further reduce the influence of the fluctuation of the oscillation wavelength on the focus error signal FES.
[0062]
FIG. 5 is a top view of the semiconductor laser element 2 in the optical pickup device 100 of FIG. FIG. 6 is a schematic plan view showing the relationship between the light spot on the quadrant hologram surface 40 and the focused spot on the quadrant light detector 60.
[0063]
As shown in FIG. 5, the semiconductor laser element 2 mainly includes a clad layer 21, an active layer 22, and a clad layer 23. Usually, the spread angle of the laser beam emitted from the active layer 22 of the semiconductor laser element 2 in the vertical direction (direction perpendicular to the active layer 22) is larger than the spread angle in the horizontal direction (direction parallel to the active layer 22). Therefore, the far-field image 20 of the laser light has an elliptical shape whose major axis is perpendicular to the active layer 22.
[0064]
In the optical pickup device 100 of the present embodiment, the active layer 22 of the semiconductor laser element 2 is attached to the side surface of the heat sink 9 so as to be perpendicular to the Y direction. Therefore, the far-field image 20 of the laser light has an elliptical shape having a long axis parallel to the Y direction and a short axis parallel to the X direction.
[0065]
In this case, as shown in FIG. 6, the light spot SP of the return light beam formed on the four-part hologram surface 40 has an elliptical shape having a major axis extending to the regions Ha and Hc and a minor axis extending to the regions Hb and Hd. . Thereby, the light quantity of the return light beam incident on the areas Ha and Hc becomes larger than the light quantity of the return light beam incident on the areas Hb and Hd.
[0066]
Therefore, the light intensities of the condensing spots Sa and Sc formed on the four-split light detection unit 60 are larger than the light intensities of the condensing spots Sb and Sd. As a result, the influence of the focused spots Sb and Sd on the focus error signal FES is smaller than that of the focused spots Sa and Sc, and the influence of fluctuations in the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 2 on the focus error signal FES is considerably small. Become.
[0067]
FIG. 7 is a diagram showing changes in the S-curve characteristics due to fluctuations in the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 2 in the optical pickup device 100 of the present embodiment.
[0068]
In FIG. 7, the broken line L1 indicates the S curve characteristic during optical adjustment (initial), and the solid line L2 indicates the S curve characteristic when the oscillation wavelength varies. As shown in FIG. 7, even if the oscillation wavelength of the semiconductor laser element 2 fluctuates, the decrease in the amplitude of the S curve characteristic is small.
[0069]
Table 1 shows the simulation results of the amplitude of the S-curve characteristics when the conventional transmission hologram element 104 and the transmission hologram element 4 of the present embodiment are used. In this simulation, the oscillation wavelength of 785 nm of the laser beam was set as the design value.
[0070]
[Table 1]

[0071]
In Table 1, the amplitude of the S curve characteristic at the design value when the conventional transmission hologram element 104 is used and when the transmission hologram element 4 of this embodiment is used is 1.0, and S at wavelengths of 790 nm and 795 nm is used. The curve characteristic amplitude is normalized by the design value amplitude.
[0072]
In the transmission hologram element 4 of the present embodiment, as shown in FIG. 6, the case where the direction of the far-field image of the semiconductor laser element 2 is optimized and the case where it differs by 90 ° from the direction of optimization are shown.
[0073]
As can be seen from Table 1, when the conventional transmission hologram element 104 is used, the amplitude of the S curve characteristic is reduced to 1/10 when the oscillation wavelength of the laser beam deviates by 10 nm from the design value due to a change in environmental temperature. descend. On the other hand, when the transmission hologram element 4 of the present embodiment is used, even when the far-field image of the laser beam is not optimized, the amplitude of the S-curve characteristic is reduced only to about half. When the direction of the far-field image is optimized, the amplitude of the S curve characteristic is reduced only by 20% even if the oscillation wavelength fluctuates by 10 nm.
[0074]
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of an optical recording medium driving device 200 using the optical pickup device 100 of the above embodiment. The optical recording medium driving device 200 in FIG. 8 is an optical disk drive device that reads information from the optical disk 1.
[0075]
The optical recording medium driving device 200 includes an optical pickup device 100, a motor 11, a feed motor 12, a rotation control system 13, a signal processing system 14, a pickup control system 15, a feed motor 16, and a drive controller 17.
[0076]
The motor 11 rotates the optical disc 1 at a predetermined speed. The rotation control system 13 controls the rotation operation of the motor 11. The feed motor 12 moves the optical pickup device 100 in the radial direction of the optical disc 1. The feed motor control system 16 controls the operation of the feed motor 12. The optical pickup device 100 irradiates the optical disc 1 with laser light and receives a return light beam from the optical disc 1. The pickup control system 15 controls the light projecting / receiving operation of the optical pickup device 100.
[0077]
The signal processing system 14 receives an output signal from the photodetector 6 of the optical pickup device 100, calculates a reproduction signal, a focus error signal, and a tracking error signal, gives the reproduction signal to the drive controller 17, and supplies a focus error signal and a tracking signal. An error signal is given to the pickup control system 15. The drive controller 17 controls the rotation control system 13, the signal processing system 14, the pickup control system 15 and the feed motor control system 16 in accordance with a command given through the drive interface 18, and outputs a reproduction signal through the drive interface 18. To do.
[0078]
In this embodiment, the motor 11 and the rotation control system 13 correspond to a rotation drive unit, the feed motor 12 and the feed motor control system 16 correspond to a pickup drive unit, and the signal processing system 14 corresponds to a signal processing unit.
[0079]
In the optical recording medium driving device 200 of FIG. 8, since the optical pickup device 100 of the above embodiment is used, an accurate focus error signal can be obtained even when the wavelength of the laser beam varies. Thereby, the focus servo is performed with high accuracy, and a high-quality reproduction signal is obtained.
[0080]
In the above embodiment, the transmission hologram element 4 is used as a diffraction element, but a reflection diffraction element such as a reflection hologram element may be used.
[0081]
In the above embodiment, the transmission type three-divided diffraction grating 3 is used. However, the present invention can be similarly applied to an optical pickup apparatus using a reflective type three-divided diffraction grating. Further, the optical path can be refracted by interposing a reflection member such as a mirror between the light source and the optical recording medium.
[0082]
Further, an optical element in which the three-divided diffraction grating 3 and the transmission hologram element 4 are integrated may be used. Further, as a tracking servo method, a method other than the above-described three beam method may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an optical pickup device according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of a transmission hologram element and a photodetector in the optical pickup device of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a schematic plan view showing a condensing state of a main light beam on a 4-split light detection unit.
FIG. 4 is a schematic plan view showing the movement of a condensing spot on a four-divided light detector due to fluctuations in the oscillation wavelength of a semiconductor laser element.
5 is a top view of a semiconductor laser element in the optical pickup device of FIG. 1. FIG.
FIG. 6 is a schematic plan view showing a light spot on a quadrant hologram surface and a focused spot on a quadrant light detector when the direction of the far-field image of laser light is optimized.
FIG. 7 is a diagram showing S curve characteristics during optical adjustment and wavelength fluctuation.
8 is a block diagram showing a configuration of an optical recording medium driving device using the optical pickup device of FIG. 1. FIG.
FIG. 9 is a schematic view of a conventional optical pickup device having a transmission hologram element.
FIG. 10 is a plan view of a hologram surface of a transmission hologram element used in a conventional optical pickup device.
FIG. 11 is a diagram showing main spots and sub-spots formed on an optical disc.
FIG. 12 is a schematic plan view showing an example of a photodetector.
FIG. 13 is a schematic plan view showing a condensing state on a photodetector in a conventional optical pickup device.
FIG. 14 is a diagram showing an S curve characteristic in the optical pickup device.
FIG. 15 is a diagram showing the movement of a condensing spot on the quadrant photodetection unit due to fluctuations in the oscillation wavelength of the semiconductor laser element.
FIG. 16 is a diagram showing changes in S-curve characteristics due to fluctuations in the oscillation wavelength of the semiconductor laser element.
[Explanation of symbols]
1 Optical disc
2 Semiconductor laser device
3 Three-part diffraction grating
4 Transmission hologram element
5 Condensing lens
40 Quadrant hologram surface
Ha, Hb, Hc, Hd region
4L, 4M dividing line

Claims

A light source that emits a light beam, a diffraction element that diffracts a feedback light beam based on the light beam emitted from the light source, and a photodetector that detects the feedback light beam diffracted by the diffraction element,
The diffraction element has four regions divided by dividing lines orthogonal to each other,
The photodetector includes a first dividing line that is substantially parallel to a direction in which a converging spot of the return light beam diffracted by the diffraction element moves due to a wavelength variation of the light source, and a second perpendicular to the first dividing line. Having four photodetectors divided by the dividing line of
The return light beam diffracted in the two regions at one diagonal position of the diffractive element is opposite to each other on the second dividing line around the intersection of the first and second dividing lines of the photodetector. A return light beam that forms a condensing spot at each adjacent position and is diffracted by two regions of the other diagonal position of the diffractive element is centered on the intersection of the first and second dividing lines of the photodetector Forming a condensing spot on each of the first dividing lines at positions separated from each other on the opposite sides ,
The light source emits a light beam having an elliptical far-field image, and the feedback light beam forms an elliptical light spot on the diffraction element,
The positional relationship between the light source and the diffractive element is set so that the short axis of the elliptical light spot extends to two regions of the one diagonal position and the long axis extends to two regions of the other diagonal position. An optical pickup device characterized by that .

The two states of the one diagonal position of the diffraction element and the two regions of the other diagonal position can detect the focus state on the optical recording medium by calculating the outputs of the four light detection units. 2. The optical pickup device according to claim 1, wherein a spatial variation corresponding to the focus state is given to each light beam.

3. The optical pickup device according to claim 2, wherein the spatial variation corresponding to the focus state is astigmatism.

4. The optical pickup device according to claim 3, wherein the astigmatism is given in a direction of approximately 45 degrees with respect to the first and second dividing lines of the photodetector.

The four regions of the diffractive element are formed with the intersection of the dividing lines of the diffractive element as a common origin, and the two regions of the one diagonal line position of the diffractive element are the first and second regions of the photodetector. A hologram pattern set on the basis of the intersection of two dividing lines, and the two regions of the other diagonal position of the diffraction element are the first and second dividing lines of the photodetector. 5. The optical pickup device according to claim 1, wherein the optical pickup device has hologram patterns respectively set with reference to two points on the first dividing line separated from each other.

Two regions of the one diagonal position of the diffractive element are arranged along a direction substantially parallel to a direction in which a converging spot of the return light beam diffracted by the diffractive element moves due to wavelength variation of the light source. The two regions of the other diagonal position of the element are arranged in a direction substantially orthogonal to a direction in which a converging spot of the return light beam diffracted by the diffraction element moves due to a wavelength variation of the light source. Item 6. The optical pickup device according to any one of Items 1 to 5.

7. The optical pickup device according to claim 6, wherein the dividing line of the diffraction element forms an angle of approximately 45 degrees with respect to the first and second dividing lines of the photodetector.

A rotation drive unit for rotating the optical recording medium;
The optical pickup device according to claim 1, which irradiates the optical recording medium with a light beam;
A pickup drive unit that moves the optical pickup device in a radial direction of the optical recording medium;
An optical recording medium driving device comprising: a signal processing unit that processes an output signal from the photodetector of the optical pickup device.